Что можно получить из помета. Получаем биогаз своими руками. Расчет объема бункера для переработки

Для того чтобы утилизировать навоз необходимо не только специально отведенное место, но и немало средств. Если частники всецело используют его на своих огородах в больших количествах, то аграрные хозяйства уже давно начали перерабатывать ценное сырье в биогаз. Процесс, как оказывается, доступен каждому. О технологии получения и производства далее наша статья.

По своей сущности данный газ относится к экологически чистым источникам топлива. Его характеристики таковы, что он достаточно похож на природный газ, который добывается промышленными компаниями. Масштабы этого ресурса огромны.

Биогаз можно считать альтернативным топливом, поскольку для его выработки требуются отходы жизнедеятельности животных, которых достаточно в сельском хозяйстве. В результате качественной переработки получается бесцветный газ, не имеющий характерного запаха и содержащий в своем составе около 70% метана.

Теплотворные возможности такого топлива довольно внушительны. К примеру, 1 куб. м. переработанного газа может дать столько же тепла, что и 1,5 кг угля.

Биогаз получают из отходов жизнедеятельности животных

Можно ли получить биогаз из навоза

Непременно можно. И выполнить это достаточно просто. Прежде всего, нужно оборудовать специально отведенное место и оснастить его необходимым резервуаром. Но следует помнить, что для переработки понадобится немало биомассы. Для справки, 1 тонна навоза способна превратится в 100 куб. м необходимого топлива.

Каким же способом добывают биогаз :

Промышленные масштабы выработки топлива подразумевают наличие специального биореактора. В нем при участии анаэробных бактерий происходит процесс переработки сырья. В биомассе происходит брожение и это продолжается определенное время. Важно не допускать попадание чистого воздуха. Длительность данной стадии напрямую зависит от того, сколько биомассы было помещено в реактор.
Когда данная стадия находится на пике, происходит непрерывное выделение газовой массы. Она состоит из: метана – 60% и более, углекислого газа – 35% и 5% других веществ. Часто специалисты данной области находят частицы сероводорода в составе данной смеси.
При непрерывной выработке газа, он все время отводится из биореактора на очистку.
Процесс переработки останавливается и биогаз начинают применять по его прямому назначению, производят очистку установки. Из нее извлекают отходы, которые в дальнейшем направляются на удобрение полей.

Этапы получения и переработки отходов

Биотопливо можно выработать на даче или прямо у себя на участке. Для этого выбираем максимально просторное и безопасное место для постройки конструкции. Затем нужно построить специальную емкость из бетона. При правильном ее обустройстве и отсутствия трещин, она будет служить самым настоящим реактором.

Перед тем, как начинать строительство, необходимо учесть, что отработанный навоз должен беспрепятственно извлекаться после переработки. Выход прост – заранее подготовить специальное отверстие, возможно с трубой. Его необходимо оборудовать так, чтобы была соблюдена полная герметичность всей конструкции. Она будет эффективна, только если газы не будут испаряться.

Выбор размера резервуара зависит от того, сколько навоза ежедневно появляется в хозяйстве. Будь то обычный двор с небольшим количеством скота или полноценная ферма в любом случае биореактор нужно заполнять не более чем на две трети от его полного объема. Только так процесс брожения будет протекать надлежащим образом.

После постройки необходимо проверить функциональность установки. После загрузки биомассы начинается переработка. Можно немного ускорить процесс. Для этого применяется весьма эффективный способ – нагрев сырья.

Можно использовать специальные нагревательные элементы, которые устанавливаются под емкость.
Подключить небольшой змеевик к центральной системе отопления и завести его под резервуар.
Можно обогревать реактор напрямую с помощью мощных отопительных приборов электрического типа.

Варианты установок для получения топлива

Каждый из типов оборудования рассчитан на применение в определенной местности. На выбор влияют, как правило, погодные условия. Если климат теплый – можно обойтись недорогой, упрощенной установкой. При суровых условиях понадобятся дополнительные механизмы.

Схема получения биогаза в условиях сельского хозяйства

Основные виды:

Установка, рассчитанная на ручную загрузку, в которой нет функции перемешивания и подогрева. Одна из самых простых и распространенных вариаций. Может использоваться и в домашних условиях. Переработка навоза – до 200 кг в сутки.
Оборудование с ручной загрузкой и возможностью перемешивания биомассы. Более эффективное оснащение при столь же небольшой стоимости.
Обновленная система, предусматривающая ручную загрузку, подогрев навоза и его перемешивание. Более дорогостоящий вариант оснащения с реактором, подогреваемым специальным котлом. Он работает на постоянно вырабатывающемся биогазе. По карману промышленным фирмам.
Установка, в которую входит – пневматический механизм перемешивания массы, подогрев, газгольдер и ручная загрузка.
Полностью автоматизированный набор для сельскохозяйственных и животноводческих фирм. Дорогая и максимально продуктивная.

Принцип работы оборудования

Задействование всего оборудования происходит следующим образом:

Загружаются отходы;
Плотно закрывается резервуар;
Начинается нагрев массы;
Выделяется газовая смесь;
Биогаз очищается и отводится для дальнейшего применения.

Схема самодельной установки

Сделать всю перерабатывающую конструкцию достаточно просто. Необходимо сделать:

Реактор, исходя из объема навоза;
Специальную подставку под реактор, где будут обираться отходы;
Клапан;
Трубку для отвода биогаза;
Нагревающий механизм.

Максимум работоспособности самодельное устройство продемонстрирует при условии соблюдения нескольких правил. Первое – это герметичность. Второе – правильный подогрев. Третье – заполнение резервуара в пределах нормы.

Как применяют топливо в хозяйстве

С помощью данного типа топлива, которое будет постоянно производиться на участке, можно полноценно отапливать дом и некоторые другие сооружения. Если скота много, уточный объем навоза позволит производить достаточно «бесплатного» экологически чистого газа для отопления даже двухэтажного здания.

Второй способ использования – расходование углекислого газа. Это просто сделать с помощью воды.

Каждый частник, который держит хозяйство, может обзавестись продуктивным оборудованием для выработки биогаза. К тому же, его можно спроектировать самому. Нужно учитывать климатические условия и объемы сырья. В результате выгода использования данного топлива будет весьма ощутимой.

Фермерские хозяйства ежегодно сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть способ, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт.

Рачительные хозяева уже давно применяют на практике экотехнологию, позволяющую получить биогаз из навоза и использовать результат в качестве топлива.

Поэтому в нашем материале речь пойдет о технологии получения биогаза, также мы расскажем о том, как соорудить биоэнергетическую установку.

Определение требующегося объема

Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.

Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.

Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).

Строительство подземного сооружения

Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.

С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.

Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.

Реактор должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции

Верхняя часть бункера – газгольдер, имеющий купольную или конусную форму. Он изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.

Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.

Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.

Выводы и полезное видео по теме

Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:

Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам.

Рост цен на энергоносители заставляет задуматься о возможности обеспечить себя ими самостоятельно. Один из вариантов — биогазовая установка. С ее помощью из навоза, помета и растительных остатков получают биогаз, который после очистки можно использовать для газовых приборов (плиты, котла), закачивать в баллоны и использовать его как топливо для автомобилей или электрогенераторов. В общем — переработка навоза в биогаз может обеспечить все потребности дома или фермы в энергоносителях.

Постройка биогазовой установки — способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Схема биогазовой установки

Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.

Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.

Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными. Могут запускаться по таймеру или вручную. Все зависит от того, как сделана биогазовая установка. Автоматизированная система более дорога при монтаже, но требует минимума внимания при эксплуатации.

Биогазовая установка по типу расположения может быть:

Надземной.
Полузаглубленной.
Заглубленной.

Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.

Что можно перерабатывать

Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.

Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой. В биореакторе смешиваются растительное сырье и экскременты. Такая «заправка» перерабатывается дольше, но на выходе при правильном режиме, имеем наибольший выход продукта.

Определение местоположения

Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком

Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки (в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала). После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5 (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

Люки загрузки и разгрузки ведут непосредственно в емкость биореактора. Для того чтобы субстрат равномерно распределялся по всей площади, делают их в противоположных концах емкости.

При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.

Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.

Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются. Для удобства в данной емкости может быть механическая мешалка. Подготовленный субстрат выливается в приемный люк. Если расположить приемную емкость на солнце, субстрат будет предварительно нагреваться, что уменьшит затраты на поддержание требуемой температуры.

Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.

Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.

Сбор и отвод биогаза

Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.

Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.

Очищение от примесей

Примерный состав получаемого биогаза такой:

метан — до 60%;
углекислый газ — 35%;
другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.

Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).

Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.

Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.

Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.

Газгольдер и компрессор

Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.

Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.

Устройства для перемешивания

Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:

перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
способствует высвобождению выработанного газа;
выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.

Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.

Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.

Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.

Система подогрева и теплоизоляция

Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже +5°C они практически замирают.

Чем греть и где расположить

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — +60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.

Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.

Способы водяного обогрева

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.

Чем утеплять

На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.

Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев. Есть еще один теплоизоляционный материал — вспененное стекло. В плитах он очень дорог, но его бой или крошка стоит совсем немного, а по характеристикам он почти идеален: не впитывает влагу, не боится замерзания, хорошо переносит статические нагрузки, имеет низкую теплопроводность.

-> Производство, строительство, сельское хозяйство

Биогаз из навоза: просто, экономично, экологично

Предлагаемая статья будет, я думаю, интересна фермерам. Описываемая технология получения биогаза из естественного природного материала (в данном случае - из навоза), по большому счету, позволяет, в первую очередь, безболезненно утилизировать небезопасные продукты жизнедеятельности животных, а уже потом является способом получения относительно недорого источника топлива. Впрочем, давайте по-порядку.

Безусловно, традиционный конский или коровий навоз, да еще щедро сдобренный соломой из подстилки, - это ценное удобрение. Но на современной свиноферме навоз совсем другой. Навоз в помещениях смывают водой, количество стоков от этого увеличивается во много раз, а вот концентрация сухих веществ - т.е. именно то, что определяет ценность навоза как удобрения,- уменьшается буквально практически до нуля. Использовать, в принципе, можно, но...

При этом все это огромное количество жижи приходится где-то хранить, как минимум в зимний период, когда удобрения не вносят. Выдерживать навоз необходимо еще и для того, чтобы обезвредить всегда присутствующих в нем патогенных микробов и семян сорняков, которые после внесения в почву, немедленно пойдут в рост. К тому же очень трудно предотвратить просачивание жидкого навоза в землю, в подземные воды, в реки. Да и зловонного запаха от таких хранилищ никак не избежать. Сегодня обезвреживание навозных стоков превратилось в серьезную проблему в масштабе всей страны.

Способ обезвреживания навоза, как и любых других органических остатков, известен давно - это компостирование. Отходы складывают в кучи, где они под действием микроорганизмов постепенно разлагаются. При этом куча разогревается примерно до 60°С и происходит естественная пастеризация - погибает большинство патогенных микробов и яиц гельминтов, а семена сорняков теряют всхожесть.

Однако качество удобрения при этом страдает: пропадает до 40 % содержащегося в нем азота и немало фосфора. Пропадает и энергия, потому что впустую рассеивается выделяющееся тепло, а в навозе, между прочим, заключена почти половина всей энергии, поступающей на ферму с кормами. Отходы же от свиноферм для компостирования вообще не годятся, так как они слишком жидкие.

Но есть и другой путь переработки органического вещества - анаэробный, без доступа воздуха. Именно такой процесс происходит в естественном биологическом реакторе - желудке всех живых существ. Та же корова производит в сутки до 500 литров метана; из общей продукции метана на Земле почти четверть - 100-200 млн. тонн в год! - имеет «животное» происхождение.

По сравнению с аэробным разложением при компостировании процесс идет медленнее, но зато гораздо экономнее, без лишних энергетических потерь. Конечный продукт - биогаз, в котором 60-70 % метана, который при горении выделяет столько же тепла, сколько килограмм каменного угля, и в два с лишним раза больше, чем килограмм дров.

Таким способом прекрасно перерабатывается тот самый жидкий навоз со свинофермы: пройдя через биореактор, эта зловонная жижа превращается в прекрасное удобрение.

Оборудование для переработки жидкого навоза в биогаз можно приобрести готовое, собственно крупные хозяйства так и поступают, но для фермера-одиночки гораздо выгоднее построить такой биореактор для переработки навоза в биогаз своими силами, благо не так уж это сложно.

Как работает биореактор

Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30- 55 °С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации не менее 12 суток. Можно использовать как обычный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.

При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30-40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения - жир, протеин, углеводы, а основные гумусообразующие компоненты - целлюлоза и лигнин - сохраняются полностью. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения - щелочная (рН 7,2-7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10-15 %.

Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан - 65, углекислый газ - 34, сопутствующие газы - до 1 (в том числе сероводород - до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55-75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С - 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.). Энергоемкость получаемого газа - 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.

Немного о цифрах и выгоде

К примеру, реактор объемом 75 кубометров способен «влегкую» перерабатывать все отходы с фермы на 2500 свиней, давая хозяину высококачественное удобрение и от 300 до 500 кубометров газа в сутки. Кроме того, сегодня это единственная технология переработки и обеззараживания отходов свиноводства, которая себя окупает. Причем окупает даже не столько самим получаемым биогазом, сколько экологическим благополучием, ведь в ином случае пришлось бы строить навозохранилища и очистные сооружения. Кроме того, не будем забывать о переработанном навозе, как готовом хорошем удобрении, а значит, меньше будет применяться гербицидов. Сам же биогаз скорее как бесплатное приложение: приятно, но не обязательно.

Именно поэтому не так просто подсчитать экономическую эффективность этой технологии. Обычно считают как раз по полученному биогазу: затрат столько-то, газа получено столько, соответствующее количество солярки стоит столько. В итоге получается выгодно, но сроки окупаемости не рекордные. Но в любом случае, полученного биогаза хватает, чтобы обеспечить до половины энергопотребностей средней фермы, включая отопление и горячую воду и, как следствие, значительно сократить затраты энергии в сельхозпроизводстве, сделать его более экологически чистым и безотходным.

Картина получилась бы значительно более полной и привлекательной, если бы к получаемому энергетическому эффекту прибавить еще эффект экологический, переведя его в деньги. Но как это сделать, пока никто так и не придумал.

Установка по производству биогаза (биореактор)

Установка по производству биогаза может быть построена в любом хозяйстве из доступных материалов.

Основа биогазовой установки - герметичная емкость с теплообменником (теплоноситель - вода, нагретая до 50-60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа. Сама конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов.

Для небольшой установки наиболее разумное решение - использовать высвободившиеся топливные цистерны. На рисунке показана схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 куб.м. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция - направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На приведенной схеме перегородки показаны условно, их число и размещение зависят от свойств навоза - от текучести, количества подстилки.

Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев. Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток - минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).

Подогревать субстрат до 40°С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагревательные аппараты АГВ-80 или АГВ-120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны разные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пенополиуриетана и пр.

При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.

Если несколько мелких ферм или индивидуальных хозяйств расположены недалеко, наиболее логичным вариантом будет организовать общую, централизованную переработку отходов и получаемый биогаз подавать обратно на фермы или в хозяйства по трубопроводам. Кстати, давление газа, получаемого в биореакторе (100-300 мм вод. ст.), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров.

Разумеется, постройка и установка даже небольшого реактора для производства биогаза не обойдется без согласований. Документация, представляемая в соответствующие надзорные органы, должна содержать: технологическую схему установки, план размещения биореактора и теплогенератора, потоки энергии и продуктов, трубопроводы, схему подключения насоса и осветительной арматуры, смету расходов. На генплане хозяйства также нужно будет показать основные трубопроводы, подъездные пути, громоотвод. При устройстве и в дальнейшей эксплуатации биореактора необходимо соблюдать нормы и правила работы с установками для сжигания природного газа. В обязательном порядке еще на стадии проектирования следует предусмотреть вентиляцию, которая должна обеспечивать в помещении объемом до 300 м3 восьмикратный обмен воздуха в час. Документацию на подобный объект необходимо будет согласовать с газовой инспекцией, сэс и пожарной охраной.

Применение биогаза в хозяйстве

Ну, а теперь давайте посмотрим, какую экономическую выгоду может принести лично вам установка для производства биогаза.

Примерная суточная производительность реактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4-8 % - два объема газа на объем реактора, т.е. биореактор объемом 50 кубов будет давать в сутки 100 кубометров биогаза. На долю «товарного» газа, приходится в среднем около 70 кубов, а остальное идет на технологический подогрев самой установки. Годовой объем производства биогаза получается около 25 тыс. куб.м., что эквивалентно 16,75 т жидкого топлива. Выгодно? Разумеется!

И это еще не учитывая стоимость очищенного переработанного навоза как удобрения.

Ориентировочно переработка «бесподстилочного» навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 куб.метра биогаза, от 10 свиней - 1-3 куб.м., от 10 овец - 1-1,2 куб.м., от 10 кроликов - 0,4-0,6 куб.м. Кстати, потребность в газе для односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 куб.м. в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома.

Тепло, получаемое при сжигании биогаза, может быть использовано, кроме подогрева воды (отопление, горячее водоснабжение) и приготовления пищи, также и для отопления теплиц, а в летний период, когда биогаз в избытке, для сушки сена и других кормов. Можно использовать биогаз и для выработки электроэнергии, но это экономически менее выгодно.

Еще одно направление использования биогаза - утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 34 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.

По материалам http://www.newchemistry.ru